gis技術(shù)的使用日漸成熟 舉例說(shuō)明gis技術(shù)是如何應(yīng)用的?

地理信息系統(tǒng)

地理信息系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)科學(xué)、地理學(xué)、測(cè)量學(xué)和地圖學(xué)等多門(mén)學(xué)科的交叉,它是以地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ),采用地理模型分析方法實(shí)時(shí)提供多種空間的和動(dòng)態(tài)的地理信息,為地理研究和地理決策服務(wù)的計(jì)算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)。

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從表現(xiàn)形式來(lái)看,GIS表現(xiàn)為計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng),其核心是管理、計(jì)算、分析地理坐標(biāo)位置信息及相關(guān)位置上屬性信息的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。它表達(dá)的是空間位置及所有與位置相關(guān)的信息,所以,GIS又是地球空間實(shí)體的再現(xiàn)和綜合,其信息的基本表達(dá)形式是各種二維或三維電子地圖。因此,GIS也可簡(jiǎn)單定義為“用于采集、模擬、處理、檢索、分析和表達(dá)地理空間數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)”。

(一)GIS發(fā)展簡(jiǎn)史

GIS最早起源于20世紀(jì)60年代“要把地圖變成數(shù)字形式的地圖,便于計(jì)算機(jī)處理分析”這樣的目的。1963年,加拿大測(cè)量學(xué)家R.F.Tomlinson首先提出了GIS這一術(shù)語(yǔ),并建成世界上第一個(gè)GIS(加拿大地理信息系統(tǒng),CGIS),用于自然資源的管理和規(guī)劃。那時(shí)的GIS注重于空間數(shù)據(jù)的地學(xué)處理。

20世紀(jì)70年代以后,隨著計(jì)算機(jī)軟、硬件水平的提高,以及政府部門(mén)在自然資源管理、規(guī)劃和環(huán)境保護(hù)等方面對(duì)空間信息進(jìn)行分析、處理的需求,GIS得到了鞏固和發(fā)展。

進(jìn)入20世紀(jì)80年代,GIS的應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴(kuò)大,商業(yè)化的軟件開(kāi)始進(jìn)入市場(chǎng),其應(yīng)用從基礎(chǔ)信息管理與規(guī)劃轉(zhuǎn)向空間決策支持分析,地理信息產(chǎn)業(yè)的雛形開(kāi)始形成。

20世紀(jì)90年代以后,伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展,GIS的應(yīng)用也日趨深化和廣泛,在國(guó)土資源、農(nóng)業(yè)、氣象、環(huán)境、城市規(guī)劃等領(lǐng)域成為常備的工作系統(tǒng)。尤其是1998年“數(shù)字地球”的概念被提出以后,GIS在全球得到了空前迅速的發(fā)展,廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域,產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

我國(guó)GIS的發(fā)展自20世紀(jì)80年代初開(kāi)始,以1980年中國(guó)科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所成立全國(guó)第一個(gè)GIS研究室為標(biāo)志,經(jīng)歷了準(zhǔn)備(1980~1985年)、發(fā)展(1985~1995年)、產(chǎn)業(yè)化(1996年以后)3個(gè)階段。尤其是近年來(lái),國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了不少優(yōu)秀的GIS軟件。

(二)GIS的最新發(fā)展

1.日趨與計(jì)算機(jī)信息技術(shù)融合

近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)和通信技術(shù)的高速發(fā)展,GIS技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展和更廣泛的應(yīng)用,并日趨與主流IT技術(shù)融合,成為信息技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新方向。

GIS發(fā)展的動(dòng)力一方面來(lái)自于日益廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)IS不斷提高的要求;另一方面,計(jì)算機(jī)科學(xué)的飛速發(fā)展為GIS提供了先進(jìn)的工具和手段。許多計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的新技術(shù),如面向?qū)ο蠹夹g(shù)、三維技術(shù)、圖像處理和人工智能技術(shù)都可以直接應(yīng)用到GIS中;同時(shí),由于空間技術(shù)的迅猛發(fā)展,特別是遙感技術(shù)的發(fā)展,提供了地球空間環(huán)境中不同時(shí)相的數(shù)據(jù),使GIS的作用日漸突出,GIS不斷升級(jí)并能提供存儲(chǔ)、處理和分析海量地理數(shù)據(jù)的環(huán)境。

組件式GIS技術(shù)的發(fā)展使之可以與其他計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)無(wú)縫集成、跨語(yǔ)言使用,并提供了無(wú)限擴(kuò)展的數(shù)據(jù)可視化表達(dá)形式。

2.動(dòng)態(tài)、多源、多維、網(wǎng)絡(luò)化

最新GIS技術(shù)將逐漸擺脫先前的主要處理靜態(tài)的、二維的、數(shù)字式的地圖技術(shù)的約束,而從傳統(tǒng)的靜態(tài)地圖、電子地圖發(fā)展到能對(duì)空間信息進(jìn)行可視化和動(dòng)態(tài)分析、動(dòng)態(tài)模擬,支持動(dòng)態(tài)的、可視化的、交互的環(huán)境來(lái)處理、分析、顯示多維和多源地理空間數(shù)據(jù)。其中,可視化仿真技術(shù)能使人們?cè)谌S圖形世界中直接對(duì)具有形態(tài)的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)交互操作;虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以三維圖形為主,結(jié)合網(wǎng)絡(luò)、多媒體、立體視覺(jué)、新型傳感技術(shù),能創(chuàng)造一個(gè)讓人身臨其境的虛擬的數(shù)字地球或數(shù)字城市。

先進(jìn)的對(duì)地觀測(cè)技術(shù)、互操作技術(shù)、海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和壓縮技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、分布式技術(shù)、面向?qū)ο蠹夹g(shù)、空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)、數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)的發(fā)展都為GIS的發(fā)展和創(chuàng)新創(chuàng)造了新的手段。

(三)第四代GIS技術(shù)

隨著計(jì)算機(jī)硬件性能的提高以及面向?qū)ο蟆⒕W(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)挖掘等主流IT技術(shù)的發(fā)展,在科技部有關(guān)部門(mén)的倡導(dǎo)下,目前國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)界又提出了第四代GIS技術(shù)的概念。第四代GIS技術(shù)將主要有如下特點(diǎn):

(1)支持“數(shù)字地球”或“數(shù)字城市”概念的實(shí)現(xiàn),從二維向多維發(fā)展,從靜態(tài)數(shù)據(jù)處理向動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)處理發(fā)展,具有時(shí)序數(shù)據(jù)處理能力。

(2)基于網(wǎng)絡(luò)的分布式數(shù)據(jù)管理及計(jì)算、WebGIS和B/S體系結(jié)構(gòu),用戶可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程空間數(shù)據(jù)調(diào)用、檢索、查詢、分析,具有聯(lián)機(jī)事務(wù)管理(OLTP)和聯(lián)機(jī)分析(OLAP)管理能力。

(3)面向空間實(shí)體及其相互關(guān)系的數(shù)據(jù)組織和融合,具有矢量和遙感影像數(shù)據(jù)互動(dòng)等多源數(shù)據(jù)的裝載與融合能力,可實(shí)現(xiàn)多尺度比例尺數(shù)據(jù)無(wú)縫融合與互動(dòng)。

(4)具有統(tǒng)一的海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、查詢和分析處理能力及基于空間數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)挖掘和強(qiáng)大的模型支持能力。

(5)具有與其他計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)的整體集成能力。例如與MIS、ERP、OA等各種企業(yè)信息化系統(tǒng)的無(wú)縫集成;微型、嵌入式GIS與各種掌上終端設(shè)備集成,如PDA、手機(jī)、GPS接收設(shè)備等。

(6)具有虛擬現(xiàn)實(shí)表達(dá)及自適應(yīng)可視化能力,針對(duì)不同的用戶出現(xiàn)不同的用戶界面及地圖和虛擬現(xiàn)實(shí)效果。

(四)GIS的應(yīng)用

人類(lèi)使用的信息中有80%與地理位置和空間分布有關(guān),所以GIS具有非常廣泛的應(yīng)用。目前,GIS已經(jīng)比較成熟地應(yīng)用于軍事、自然資源管理、土地和城市管理、電力、電信、石油和天然氣、城市規(guī)劃、交通運(yùn)輸、環(huán)境監(jiān)測(cè)和保護(hù)、110和120快速反應(yīng)系統(tǒng)等。

今后,GIS的應(yīng)用將在市場(chǎng)分析、企業(yè)客戶關(guān)系管理、銀行、保險(xiǎn)、人口統(tǒng)計(jì)、房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)、個(gè)人位置服務(wù)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用,這些領(lǐng)域?qū)⑹荊IS產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新的增長(zhǎng)點(diǎn)。實(shí)際上,GIS的應(yīng)用將加速度地深入人們的工作和生活的各個(gè)方面。GoogleEarth的流行就是GIS技術(shù)深入到日常生活每一個(gè)角落的明證。

由于地理信息在人類(lèi)生活和國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要作用,GIS在未來(lái)的幾十年中將保持高速發(fā)展的勢(shì)頭,成為IT高科技領(lǐng)域的核心技術(shù)。

近幾年來(lái),隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展,GIS的應(yīng)用范圍迅速擴(kuò)展到人們的日常生活中。集成GIS、GPS、GSM的技術(shù)已開(kāi)始廣泛應(yīng)用于車(chē)輛安全防范系統(tǒng)和調(diào)度系統(tǒng),為人們提供車(chē)輛反劫防盜、報(bào)警、道路指引、醫(yī)療救護(hù)以及在此系統(tǒng)平臺(tái)基礎(chǔ)上擴(kuò)展各種電子商務(wù)增值服務(wù)。

以醫(yī)療救護(hù)為例,當(dāng)患者向監(jiān)控中心請(qǐng)求急救時(shí),監(jiān)控中心可以從GIS電子地圖上查看到患者的具體位置,并同時(shí)搜索最近的急救車(chē)輛,讓最近的車(chē)輛前去接患者。患者進(jìn)入救護(hù)車(chē)后,監(jiān)控中心可以通過(guò)雙向通話功能,指導(dǎo)救護(hù)車(chē)上的醫(yī)生實(shí)施救護(hù)治療,同時(shí)通過(guò)GIS的最優(yōu)路徑功能,給救護(hù)車(chē)指引道路,使其以最快的速度到達(dá)醫(yī)院或急救中心。而在救護(hù)車(chē)行進(jìn)的過(guò)程中,患者的家屬可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)立即上網(wǎng)查詢救護(hù)車(chē)的行進(jìn)位置及患者的狀態(tài)信息。通過(guò)GIS,并結(jié)合GPS和GSM無(wú)線通信及網(wǎng)絡(luò),使患者、家屬、救護(hù)車(chē)及醫(yī)生之間建立了無(wú)縫溝通體系,最終使患者能得到快速、及時(shí)的治療。

如果在車(chē)輛移動(dòng)目標(biāo)、家居固定點(diǎn)目標(biāo)、重點(diǎn)保護(hù)單位甚至路燈上都安裝了GPS、GSM或其他無(wú)線通信設(shè)備,那么我們?cè)诔鞘猩钪校瑹o(wú)論是開(kāi)車(chē)、行走或者是在單位、在家里,都可以通過(guò)由GIS、GPS、互聯(lián)網(wǎng)以及無(wú)線通信技術(shù)構(gòu)成的綜合服務(wù)系統(tǒng)獲得急救、報(bào)警和各種商務(wù)服務(wù),真正使我們處于立體的、全方位的數(shù)字化生活中,體驗(yàn)數(shù)字空間高科技價(jià)值。

GIS、RS、GPS等構(gòu)成的空間信息技術(shù)將是未來(lái)發(fā)展最快的、最激動(dòng)人心的領(lǐng)域之一,它結(jié)合通信及其他IT技術(shù),為人類(lèi)展現(xiàn)了一種全新的工作和生活模式(A.R.Mermut,H.Eswaran,2001)。當(dāng)利用最新的GIS技術(shù)把城市、國(guó)家乃至整個(gè)地球都高度濃縮到計(jì)算機(jī)屏幕上的時(shí)候,人類(lèi)對(duì)自己的命運(yùn)和未來(lái)就有了更充分的把握。

(五)GIS與土地管理

GIS早已不限于地理學(xué)研究和應(yīng)用的領(lǐng)域,目前已與各行各業(yè)和我們的日常生活產(chǎn)生了千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系,更重要的是它的應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷擴(kuò)大,甚至可觸及企業(yè)信息化的過(guò)程中。

GIS應(yīng)用于土壤科學(xué)的研究,它是現(xiàn)實(shí)世界的一個(gè)模型和模擬實(shí)現(xiàn)。土壤資源信息可以在GIS系統(tǒng)中進(jìn)行存取、變換和對(duì)話式操作,作為土壤資源分類(lèi)、評(píng)價(jià)、規(guī)劃、管理與利用決策的依據(jù),為土壤資源可持續(xù)利用服務(wù)。GIS應(yīng)用于土壤學(xué)研究的各個(gè)方面,包括:①土壤制圖技術(shù)及土壤采樣技術(shù);②土壤侵蝕預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià);③土壤資源污染與防治;④土壤養(yǎng)分流失評(píng)價(jià);⑤土壤資源評(píng)價(jià)和管理;⑥作物生長(zhǎng)模擬等。具體如1983年美國(guó)土壤保持局開(kāi)發(fā)出農(nóng)用土地評(píng)價(jià)和用地估計(jì)系統(tǒng),系統(tǒng)中的農(nóng)用土地評(píng)價(jià)包括土壤生產(chǎn)力的分等定級(jí)、土壤適宜性評(píng)價(jià)、土壤生產(chǎn)力潛力評(píng)價(jià)。1989年美國(guó)土壤保持局運(yùn)用土壤信息系統(tǒng)保護(hù)土壤生態(tài)環(huán)境,控制土壤污染。1990年土壤侵蝕預(yù)測(cè)模型在土壤信息系統(tǒng)中已經(jīng)能夠成功運(yùn)用,主要采用的分析手段有土壤侵蝕諾漠圖、微機(jī)軟件圖、小溪河岸侵蝕諾漠圖。

1.建立為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)的應(yīng)用系統(tǒng)

如日本的農(nóng)耕地土地資源信息系統(tǒng),它包括了土壤信息系統(tǒng)、作物栽培試驗(yàn)信息系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)氣象信息系統(tǒng)等子系統(tǒng);保加利亞的計(jì)算機(jī)農(nóng)業(yè)綜合管理系統(tǒng)從20世紀(jì)80年代初開(kāi)始運(yùn)行。

進(jìn)入20世紀(jì)90年代,GIS在土壤學(xué)研究領(lǐng)域的應(yīng)用方面繼續(xù)拓展,其作用和地位日益受到關(guān)注。從1994年開(kāi)始的第15、16、17屆國(guó)際土壤大會(huì)上持續(xù)討論了土壤信息系統(tǒng)在持續(xù)農(nóng)業(yè)和全球變化中的應(yīng)用、土壤數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)和聯(lián)網(wǎng)等有關(guān)問(wèn)題。同時(shí),在應(yīng)用上進(jìn)一步趨向農(nóng)業(yè)實(shí)際生產(chǎn),直接服務(wù)于農(nóng)場(chǎng)管理和經(jīng)營(yíng),如進(jìn)行農(nóng)業(yè)技術(shù)咨詢、牧場(chǎng)水源選點(diǎn)、作物生產(chǎn)管理、機(jī)械化施肥等方面。

中國(guó)的土壤工作者于20世紀(jì)80年代中期也開(kāi)始進(jìn)行土壤數(shù)據(jù)庫(kù)建立、土壤信息系統(tǒng)的研制和應(yīng)用工作。1986年底,北京大學(xué)遙感中心等主持了土壤侵蝕信息系統(tǒng)研究,建立了區(qū)域土壤侵蝕信息系統(tǒng),這是我國(guó)較早關(guān)于土壤信息系統(tǒng)方面的研究。1989年,南京土壤研究所用兩年時(shí)間研究了1∶50萬(wàn)東北三江平原土壤信息系統(tǒng)土壤圖與數(shù)據(jù)庫(kù)的建立;1990年,又研究了1∶5萬(wàn)江西紅壤生態(tài)站土壤信息系統(tǒng)土壤侵蝕圖;1991年,在“利用信息系統(tǒng)技術(shù)編制土壤退化圖”研究中,應(yīng)用從土壤土地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)建立到土壤退化評(píng)價(jià)方法等一系列現(xiàn)代信息系統(tǒng)技術(shù),編制出了實(shí)驗(yàn)區(qū)的土壤水蝕危害和風(fēng)蝕評(píng)價(jià)圖;1992年,又基本完成了海南島土壤和土地利用信息庫(kù)及信息系統(tǒng)制圖工作。1991年,中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所主持了“區(qū)域微機(jī)土壤信息系統(tǒng)的建立與應(yīng)用”研究,在吉林省農(nóng)安縣的試驗(yàn)結(jié)果表明,這是一個(gè)簡(jiǎn)單但實(shí)用的土壤信息系統(tǒng)。1999年,胡月明等運(yùn)用基本土壤數(shù)據(jù)庫(kù)建立了紅壤分類(lèi)和評(píng)價(jià)的信息系統(tǒng)。

2.預(yù)測(cè)土壤空間變化及分布

由于GIS技術(shù)在土壤制圖中的深入應(yīng)用,怎樣更準(zhǔn)確地由有限的單個(gè)點(diǎn)位的土壤原始數(shù)據(jù)分析土壤屬性的空間分布成為關(guān)注的焦點(diǎn)。具體來(lái)說(shuō),由于土壤數(shù)據(jù)庫(kù)的信息來(lái)源于土壤分類(lèi)、分色制圖及制圖的綜合,產(chǎn)生了土壤空間分異類(lèi)型的位移,而現(xiàn)代GIS技術(shù)又要求大量信息源,因此許多土壤科學(xué)家將興趣集中到土壤空間變異性正確表達(dá)(即土壤圖在GIS中的正確表達(dá))的研究上。

(1)地形分析。Morre、Bourennane、Gessier和Oden等的研究均表明,某地區(qū)土壤屬性與該地區(qū)的地形地貌特征和景觀位置有明顯的相關(guān)性,也就是與土壤的成土過(guò)程密切相關(guān),可用下式表示:

中國(guó)耕地質(zhì)量等級(jí)調(diào)查與評(píng)定(廣東卷)

式中:

Si——土壤屬性如土壤厚度、pH等;

i——由氣候、母質(zhì)、地貌歷史、植被等因素決定的某地區(qū)海拔、坡度、坡形凹凸、水流長(zhǎng)度和特定流域面積等原始地形數(shù)據(jù)可以通過(guò)一定精度的DEM計(jì)算出,復(fù)合地形數(shù)據(jù),可以依經(jīng)驗(yàn)判斷或根據(jù)描述下墊面的物理發(fā)生過(guò)程的方程式進(jìn)行簡(jiǎn)化。DEM可以由GIS技術(shù)生成,所以GIS的應(yīng)用和地形分析可以提高土壤屬性空間分布預(yù)測(cè)的精度。

(2)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)與GIS的結(jié)合。GIS在存儲(chǔ)、查詢和顯示地理數(shù)據(jù)方面發(fā)展得相當(dāng)快,但在提供空間分析模塊方面則發(fā)展得較慢。由于缺少通用的空間分析模塊,使得GIS在解決某些空間問(wèn)題中的應(yīng)用受到很大的限制。

地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)是由南非礦山地質(zhì)工程師D.G.Krige于1951年提出的,因此這一理論也以“克里格法”(Kriging)來(lái)命名,并由法國(guó)地質(zhì)學(xué)家Dr.Matheron于1962年完善并創(chuàng)立。該學(xué)科在礦產(chǎn)儲(chǔ)量研究方面起到了巨大作用。這是一種求最優(yōu)、線形、無(wú)偏內(nèi)插估計(jì)量值的方法(BLUE),在充分考慮信息樣品的形狀、大小及其與待估塊段相互間的空間分布位置等幾何特征以及品位的空間結(jié)構(gòu)以后,利用變異函數(shù)(Varigram)為工具,對(duì)每一樣品值分別賦予一定的權(quán)系數(shù),加權(quán)平均來(lái)估計(jì)塊段品位。

國(guó)內(nèi)外土壤科學(xué)家已廣泛地應(yīng)用克里格法來(lái)預(yù)測(cè)非采樣點(diǎn)的土壤屬性,常用的方法有普通克里格法(OK)、泛克里格法(UK)、指示克里格法(IK)、協(xié)同克里格法(CK)、回歸克里格法(RK)、點(diǎn)克里格法(PK)、塊克里格法(BK)等。他們的研究還表明,在應(yīng)用克里格法建立模型的時(shí)候,綜合應(yīng)用土壤和土地信息,如土壤分類(lèi)、參比地區(qū)土壤屬性、坡度、高程等,可以大大提高克里格法的插值精度,還可以降低由于測(cè)定大量樣品而需要的成本,也可以減少由于樣品點(diǎn)太少而帶來(lái)的誤差。我國(guó)從20世紀(jì)80年代開(kāi)始利用克里格法研究土壤參數(shù)的空間變異性,2000年以后在這方面的報(bào)道已經(jīng)越來(lái)越多。

近幾年來(lái),一些學(xué)者開(kāi)始研究地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)和GIS之間的相互關(guān)系,并在GIS軟件中提供一些空間分析功能。例如,美國(guó)圣巴巴拉NCGIA的SAN模型提供了在ArcGIS軟件中計(jì)算和顯示空間自相關(guān)和其他空間量的功能,二者的相互結(jié)合一方面可以大大加強(qiáng)GIS的分析功能,使大量數(shù)據(jù)所隱含的空間信息得以表達(dá),發(fā)揮更大的作用;另一方面,也可以增強(qiáng)空間分析的能力??紤]到空間分析技術(shù)目前的發(fā)展十分迅速,新理論不斷出現(xiàn),空間分析模塊已經(jīng)成為GIS中的必選模塊。

GIS技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

GIS在資源環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用方興未艾,從技術(shù)、地理信息、經(jīng)濟(jì)社會(huì)的需求等方面分析,在該領(lǐng)域有以下趨勢(shì)及建議:

應(yīng)用軟件數(shù)據(jù)端口應(yīng)有專(zhuān)門(mén)化,專(zhuān)業(yè)化方向發(fā)展,在同類(lèi)型同方向的GIS數(shù)據(jù)交流共享方向提供適當(dāng)?shù)姆奖?,以解決GIS數(shù)據(jù)來(lái)源和數(shù)據(jù)質(zhì)量難以保證的問(wèn)題。

結(jié)合國(guó)家信息化推進(jìn)工作,以電子政務(wù)相關(guān)工程為基礎(chǔ),推動(dòng)GIS在資源環(huán)境管理中的推廣應(yīng)用。

信息化建設(shè)已成為我國(guó)各級(jí) *** 及企業(yè)的重要任務(wù),GIS在以資源、能源、生產(chǎn)、資金等空間綜合配置、優(yōu)化組合為目的的信息化建設(shè)中,可以發(fā)揮應(yīng)有的作用;結(jié)合相應(yīng)的應(yīng)用工程,推動(dòng)GIS的發(fā)展;

應(yīng)用往專(zhuān)業(yè)化方向發(fā)展,功能由通用管理功能轉(zhuǎn)向資源評(píng)估、監(jiān)督、跟蹤分析等專(zhuān)業(yè)功能方向發(fā)展。

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展,經(jīng)濟(jì)社會(huì)與資源環(huán)境之間的各方面的矛盾及問(wèn)題逐漸暴露出來(lái),這些問(wèn)題在時(shí)間和空間上具有諸多的關(guān)聯(lián)性,分析這些問(wèn)題、提出合理的解決方案建議,需要功能更專(zhuān)業(yè)化的GIS軟件系統(tǒng)支持;

支持多源、多尺度、多類(lèi)型集成應(yīng)用的軟件平臺(tái)工具的開(kāi)發(fā)應(yīng)用。

信息獲取技術(shù)的快速發(fā)展和多源化趨勢(shì),要求資源環(huán)境方面的GIS應(yīng)能夠接收、處理及分析多種來(lái)源、多尺度的地理信息;

促進(jìn)3S技術(shù)集成應(yīng)用,推動(dòng)專(zhuān)業(yè)技術(shù)及軟件的發(fā)展,全球定位系統(tǒng)、遙感技術(shù)與GIS的集成應(yīng)用已成為GIS軟件發(fā)展的趨勢(shì)之一,而這種應(yīng)用的發(fā)展是在應(yīng)用推動(dòng)的基礎(chǔ)上建立的,針對(duì)特定的應(yīng)用領(lǐng)域的集成化的GIS將成為資源環(huán)境領(lǐng)域GIS的發(fā)展方向,也是系統(tǒng)與業(yè)務(wù)結(jié)合的需要;

開(kāi)展專(zhuān)業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)建設(shè),結(jié)合資源環(huán)境各領(lǐng)域的需求,開(kāi)發(fā)多種專(zhuān)業(yè)化的GIS,如針對(duì)性生態(tài)保護(hù)區(qū)、生態(tài)功能區(qū)、地下水、生物資源等領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)性GIS軟件與管理系統(tǒng)。

國(guó)內(nèi)GIS現(xiàn)狀和對(duì)策

地理信息系統(tǒng)技術(shù)是一門(mén)綜合性的技術(shù),它的發(fā)展是與地理學(xué)、地圖學(xué)、攝影測(cè)量學(xué)、遙感技術(shù)、數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)科學(xué)、信息技術(shù)等有關(guān)學(xué)科的發(fā)展分不開(kāi)的。

GIS的發(fā)展可分為四個(gè)階段:第一個(gè)階段是初始發(fā)展階段,20世紀(jì)60年代世界上第一個(gè)GIS系統(tǒng)由加拿大測(cè)量學(xué)家R.F.Tomlison提出并建立,主要用于自然資源的管理和規(guī)劃;第二個(gè)階段是發(fā)展鞏固階段,20世紀(jì)70年代由于計(jì)算機(jī)硬件和軟件技術(shù)的飛速發(fā)展,尤其是大容量存儲(chǔ)設(shè)備的使用,促進(jìn)了GIS朝實(shí)用的方向發(fā)展,不同專(zhuān)題、不同規(guī)模、不同類(lèi)型的各具特色的地理信息系統(tǒng)在世界各地紛紛付諸研制,如美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、瑞典和日本等國(guó)對(duì)GIS的研究都投入了大量的人力、物力和財(cái)力;第三個(gè)階段是推廣應(yīng)用階段,20世紀(jì)80年代,GIS逐步走向成熟,并在全世界范圍內(nèi)全面推廣,應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大,并與衛(wèi)星遙感技術(shù)結(jié)合,開(kāi)始應(yīng)用于全球性的問(wèn)題,這個(gè)階段涌現(xiàn)出一大批GIS軟件,如ARC/INFO,GENAMAP,SPANS,MAPINFO,ERDAS,Microstation等;第四個(gè)階段是蓬勃發(fā)展階段,20世紀(jì)90年代,隨著地理信息產(chǎn)品的建立和數(shù)字化信息產(chǎn)品在全世界的普及,GIS成為確定性的產(chǎn)業(yè),并逐漸滲透到各行各業(yè),成為人們生活、學(xué)習(xí)和工作不可缺少的工具和助手。

地理信息系統(tǒng)的研制與應(yīng)用在我國(guó)起步較晚,雖然歷史較短,但發(fā)展勢(shì)頭迅猛。

我國(guó)GIS的發(fā)展可分為三個(gè)階段。

第一階段從1970年到1980年,為準(zhǔn)備階段,主要經(jīng)歷了提出倡議、組建隊(duì)伍、培訓(xùn)人才、組織個(gè)別實(shí)驗(yàn)研究等階段。

機(jī)械制圖和遙感應(yīng)用,為GIS的研制和應(yīng)用做了技術(shù)和理論上的準(zhǔn)備。

第二階段從1981年到1985年,為起步階段,完成了技術(shù)引進(jìn)、數(shù)據(jù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的研究、空間數(shù)據(jù)庫(kù)的建立、數(shù)據(jù)處理和分析算法及應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)等環(huán)節(jié),對(duì)GIS進(jìn)行了理論探索和區(qū)域性的實(shí)驗(yàn)研究。

第三個(gè)階段從1986年到2013年,為初步發(fā)展階段,我國(guó)GIS的研究和應(yīng)用進(jìn)入有組織、有計(jì)劃、有目標(biāo)的階段,逐步建立了不同層次、不同規(guī)模的組織機(jī)構(gòu)、研究中心和實(shí)驗(yàn)室。

GIS研究逐步與國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)生活需求相結(jié)合,并取得了重要進(jìn)展和實(shí)際應(yīng)用效益。

主要表現(xiàn)在四個(gè)方面:(1)制定了國(guó)家地理信息系統(tǒng)規(guī)范,解決信息共享和系統(tǒng)兼容問(wèn)題,為全國(guó)地理信息系統(tǒng)的建立做準(zhǔn)備。

(2)應(yīng)用型GIS發(fā)展迅速。

(3)在引進(jìn)的基礎(chǔ)上擴(kuò)充和研制了一批軟件。

(4)開(kāi)始出版有關(guān)地理信息系統(tǒng)理論、技術(shù)和應(yīng)用等方面的書(shū)籍,設(shè)立了地理信息系統(tǒng)專(zhuān)業(yè),培養(yǎng)了大批人才,并積極開(kāi)展國(guó)際合作,參與全球性地理信息系統(tǒng)的討論和實(shí)驗(yàn)。

在科技部等國(guó)家有關(guān)部門(mén)的大力組織和支持下,國(guó)產(chǎn)GIS基礎(chǔ)軟件開(kāi)發(fā)工作取得了重要進(jìn)展,出現(xiàn)了一批GIS高技術(shù)企業(yè),開(kāi)發(fā)出了較為成熟的國(guó)產(chǎn)GIS軟件,如MapGIS、GeoStar、CityStar、SuperMap、MapEngine、GROW等,并形成了一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。

這些國(guó)產(chǎn)GIS軟件以較高的性價(jià)比,打破了國(guó)外GIS軟件對(duì)我國(guó)市場(chǎng)的壟斷,有力促進(jìn)了我國(guó)地理信息系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展。

這些年,GIS技術(shù)在我國(guó)得到了廣泛應(yīng)用,其應(yīng)用面從傳統(tǒng)的城市規(guī)劃、土地利用、測(cè)繪、環(huán)境保護(hù)、電力、電信、減災(zāi)防災(zāi)等領(lǐng)域滲透到礦產(chǎn)資源調(diào)查、海洋資源調(diào)查與管理等各方面,取得了豐碩的成果和巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

當(dāng)前,國(guó)家有關(guān)部門(mén)正逐步將GIS嵌入到電子政務(wù)系統(tǒng)中。

隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的快速發(fā)展,GIS技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展。

GIS系統(tǒng)正朝著專(zhuān)業(yè)或大型化、社會(huì)化方向不斷發(fā)展著。

“大型化”體現(xiàn)在系統(tǒng)和數(shù)據(jù)規(guī)模兩個(gè)方面;“社會(huì)化”則要求GIS要面向整個(gè)社會(huì),滿足社會(huì)各界對(duì)有關(guān)地理信息的需求,簡(jiǎn)言之就是“開(kāi)放數(shù)據(jù)”、“簡(jiǎn)化操作”,“面向服務(wù)”,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)乃至系統(tǒng)之間的完全共享和互動(dòng)。

下面我們從地理信息系統(tǒng)技術(shù)角度來(lái)討論和分析當(dāng)前GIS的相關(guān)技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)。

1.1 空間信息的獲取、處理與交換地理空間數(shù)據(jù)是GIS的血液,構(gòu)建和維護(hù)空間數(shù)據(jù)庫(kù)是一項(xiàng)復(fù)雜、工作量巨大的工程,它包括:數(shù)據(jù)的獲取、校驗(yàn)和規(guī)范化、結(jié)構(gòu)化處理、數(shù)據(jù)維護(hù)等過(guò)程。

GIS處理的數(shù)據(jù)對(duì)象是空間對(duì)象,有很強(qiáng)的時(shí)空特性,獲取數(shù)據(jù)的手段及數(shù)據(jù)的形式也復(fù)雜多樣。

獲取數(shù)據(jù)的基本方式有:野外全站儀平板測(cè)量、GPS測(cè)量、室內(nèi)地圖掃描數(shù)字化、數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量、從遙感影像進(jìn)行目標(biāo)測(cè)量和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等。

這些獲取技術(shù)已基本成熟。

同時(shí),空間數(shù)據(jù)也具有很強(qiáng)的時(shí)效性,不同的空間數(shù)據(jù)必須進(jìn)行周期不等的數(shù)據(jù)更新維護(hù),空間數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、及時(shí)、完整是實(shí)現(xiàn)GIS應(yīng)用系統(tǒng)價(jià)值的前提基礎(chǔ)。

空間數(shù)據(jù)維護(hù)往往涉及跨部門(mén)、跨行業(yè)的多種數(shù)據(jù)格式和多種數(shù)據(jù)類(lèi)型的大量數(shù)據(jù),提供有效的空間數(shù)據(jù)編輯更新手段是當(dāng)前亟待解決的一個(gè)重要課題。

基于上述信息獲取技術(shù),在過(guò)去的二十年間,國(guó)家有關(guān)部委和行業(yè)部門(mén)已經(jīng)積累了大量原始數(shù)字化數(shù)據(jù)和相應(yīng)資料,建立了1100多個(gè)大、中型數(shù)據(jù)庫(kù)以及大量的各類(lèi)數(shù)字化地理基礎(chǔ)圖、專(zhuān)題圖、城市地籍圖等。

國(guó)家測(cè)繪局已經(jīng)完成了全國(guó)l:100萬(wàn)、 1:25萬(wàn)基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)以及全國(guó)七大江河數(shù)字地形模型的建設(shè),并啟動(dòng)了全國(guó)l:5萬(wàn),部分省份1:1萬(wàn)基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)。

這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)有力促進(jìn)了GIS技術(shù)的廣泛應(yīng)用,進(jìn)而產(chǎn)生了大量的GIS數(shù)據(jù)。

但由于地理信息系統(tǒng)軟件大多采用不同的空間數(shù)據(jù)模型,以及它們?cè)诘乩韺?shí)體上的認(rèn)識(shí)差異,使得所積累的數(shù)據(jù)難以轉(zhuǎn)換和共享(即使能夠數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,也會(huì)產(chǎn)生信息的丟失),從而形成一個(gè)個(gè)新的數(shù)據(jù)孤島。

制訂數(shù)據(jù)交換的格式標(biāo)準(zhǔn)已成為大家的共識(shí)。

一些國(guó)家和組織已經(jīng)在進(jìn)行這方面的工作,并定義了一些數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn),如SDTS,OpenGIS聯(lián)盟制訂的GML,另外一些公認(rèn)的數(shù)據(jù)格式如DXF,Shapefile和MIF文件格式等正逐漸成為數(shù)據(jù)交換的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。

我國(guó)也在“九五”期間制定了地球空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)。

但是由于人們對(duì)空間信息認(rèn)識(shí)和研究成果的制約,還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的地理數(shù)據(jù)模型,因此建立實(shí)用的數(shù)據(jù)交換格式和信息標(biāo)準(zhǔn)將是一個(gè)長(zhǎng)期、復(fù)雜過(guò)程。

1.2 空間數(shù)據(jù)的管理空間數(shù)據(jù)的管理涉及到二個(gè)方面的內(nèi)容:空間數(shù)據(jù)模型和空間數(shù)據(jù)庫(kù)。

空間數(shù)據(jù)模型刻畫(huà)了現(xiàn)實(shí)世界中空間實(shí)體及其相互間的聯(lián)系,它為空間數(shù)據(jù)的組織和空間數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)提供了基本的方法。

因此,空間數(shù)據(jù)模型的研究對(duì)設(shè)計(jì)空間數(shù)據(jù)庫(kù)和發(fā)展新一代GIS系統(tǒng)起著舉足輕重的作用。

在GIS中與空間信息有關(guān)的信息模型有三個(gè),即基于對(duì)象(要素)(Feature)的模型、場(chǎng)(Field)模型以及網(wǎng)絡(luò)(Network)模型。

GIS基礎(chǔ)軟件平臺(tái)的研制和應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一直沿用這三種空間數(shù)據(jù)模型,但這些模型在空間實(shí)體間的相互關(guān)系及其時(shí)空變化的描述與表達(dá)、數(shù)據(jù)組織、空間分析等方面均有較大的局限性,難以滿足新一代GIS基礎(chǔ)軟件平臺(tái)和應(yīng)用系統(tǒng)發(fā)展的要求。

主要表現(xiàn)為:(1) 僅能表達(dá)空間點(diǎn)、線、面目標(biāo)間極為有限的簡(jiǎn)單拓?fù)潢P(guān)系,且這些拓?fù)潢P(guān)系的生成與維護(hù)耗時(shí)費(fèi)力;(2) 難以有效地表達(dá)現(xiàn)實(shí)三維空間實(shí)體及其相互關(guān)系;(3) 適于記錄和表達(dá)某一時(shí)刻空間實(shí)體性狀及相互間關(guān)系靜態(tài)分布,難以有效地描述和表達(dá)空間實(shí)體及其相互間關(guān)系的時(shí)空變化;(4) 沒(méi)有考慮異地、異構(gòu)、異質(zhì)空間數(shù)據(jù)的互操作和分布式“對(duì)象”處理等問(wèn)題。

針對(duì)上述不足,時(shí)空數(shù)據(jù)模型、三維數(shù)據(jù)模型、分布式空間數(shù)據(jù)管理、GIS設(shè)計(jì)的CASE工具等研究已成為當(dāng)前國(guó)際上GIS空間數(shù)據(jù)模型研究的學(xué)術(shù)前沿。

GIS發(fā)展歷史與發(fā)展趨勢(shì)

經(jīng)過(guò)了多年的發(fā)展,各行業(yè)對(duì) GIS 的認(rèn)識(shí)和掌握程度日益提高,GIS 本身的技術(shù)水平和軟硬件設(shè)施也日臻完善,其綜合性和先進(jìn)性也得到充分體現(xiàn),這使得 GIS 在資源環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用,發(fā)揮了重大的作用。目前,GIS 應(yīng)用領(lǐng)域已包括測(cè)繪、政府、建筑、地質(zhì)、環(huán)保、農(nóng)業(yè)、城鄉(xiāng)規(guī)劃、災(zāi)害監(jiān)測(cè)等各個(gè)部門(mén)。

1. GIS 發(fā)展歷史

回顧 GIS 發(fā)展的歷史,可以歸納為三個(gè)發(fā)展階段。20 世紀(jì) 50 年代中期到 80 年代后期,是 GIS 的開(kāi)發(fā)時(shí)期,該階段的 GIS 軟件是以地圖為基礎(chǔ)進(jìn)行單機(jī)、集中式處理,具有數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和管理信息系統(tǒng)初期設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)。80 年代末到 90 年代初是 GIS 第二個(gè)發(fā)展階段,這一階段 GIS 在快速發(fā)展的計(jì)算機(jī)硬件和軟件支撐下得到了迅速發(fā)展,商品化GIS 軟件正式進(jìn)入傳統(tǒng)的軟件市場(chǎng),并在各行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。90 年代中后期以來(lái),是GIS 的第三個(gè)重要的發(fā)展歷史時(shí)期,此時(shí) GIS 普遍采用了面向?qū)ο蟮能浖夹g(shù),極大提高了 GIS 的二次開(kāi)發(fā)能力,實(shí)現(xiàn)了空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的一體化存儲(chǔ)。在此基礎(chǔ)上還逐漸形成了 “3S”技術(shù)集成,在一定程度上實(shí)現(xiàn)了矢量數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)一體化存儲(chǔ)、疊加和矢量-柵格數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)化。

在地學(xué)應(yīng)用方面,GIS 發(fā)展主要經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段: 20 世紀(jì) 70 年代末,一些數(shù)學(xué)地質(zhì)專(zhuān)家、遙感地質(zhì)專(zhuān)家、計(jì)算機(jī)地學(xué)處理專(zhuān)家積極開(kāi)展了這方面應(yīng)用工作; 80 年代中后期,GIS 的地學(xué)應(yīng)用特別是礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)處于實(shí)驗(yàn)成熟期; 進(jìn)入 90 年代,GIS 在地學(xué)和其他領(lǐng)域得到空前廣泛應(yīng)用; 90 年代初期,美國(guó)礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)廣泛應(yīng)用了包括GIS 在內(nèi)的計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù),90 年代中后期,GIS 在礦產(chǎn)預(yù)測(cè)方面采用了多種數(shù)學(xué)模型,如模糊邏輯法、代數(shù)法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法,這些工作極大地推動(dòng)和豐富了地學(xué)研究與 GIS的結(jié)合。

2. GIS 未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

從系統(tǒng)角度看,在未來(lái)的幾十年內(nèi),GIS 將向著數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化 ( Interoperable GIS) 、數(shù)據(jù)多維化 ( 3D/4D GIS) 、系統(tǒng)集成化 ( Component GIS) 、平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化 ( Web GIS) 和應(yīng)用社會(huì)化 ( 數(shù)字地球,DE) 的方向發(fā)展。

互操作地理信息系統(tǒng) ( Interoperable GIS) 是 GIS 系統(tǒng)集成平臺(tái),它實(shí)現(xiàn)在異構(gòu)環(huán)境下多個(gè)地理信息的系統(tǒng)或其應(yīng)用系統(tǒng)之間的互相通信和協(xié)作,以完成某一特定任務(wù)。

三維或四維地理信息系統(tǒng) ( 3D/4D GIS) 是從以往靜態(tài)的二維 GIS 模型向三維、四維、甚至多維的動(dòng)態(tài)模型轉(zhuǎn)換,從而實(shí)現(xiàn)利用 GIS 表達(dá)世界真三維空間數(shù)據(jù)場(chǎng)。目前 3DGIS 已開(kāi)始應(yīng)用于許多行業(yè)中,如礦山三維 GIS 的構(gòu)建,地質(zhì)構(gòu)造模型的三維可視化,城市三維景觀制作,三維可視化在固體礦產(chǎn)中的應(yīng)用,三維可視化在地震解釋中的應(yīng)用,三維 GIS 在地質(zhì)災(zāi)害中的應(yīng)用,三維 GIS 在數(shù)字區(qū)調(diào)中的應(yīng)用等。

Com GIS ( Component GIS) 是面向?qū)ο蠛蜆?gòu)件技術(shù)的地理信息系統(tǒng),是把 GIS 的功能模塊劃分為多個(gè)控件,每個(gè)控件完成不同的功能,通過(guò)可視化的軟件開(kāi)發(fā)工具集成起來(lái),形成最終 GIS 應(yīng)用。

Web GIS 是 Internet 和 WWW 技術(shù)應(yīng)用于 GIS 開(kāi)發(fā)的產(chǎn)物,是實(shí)現(xiàn) GIS 互操作的一條最佳解決途徑。從 Internet 的任意節(jié)點(diǎn),用戶都可以瀏覽 Web GIS 站點(diǎn)中的空間數(shù)據(jù),制作專(zhuān)題圖,進(jìn)行各種空間信息檢索和空間分析。隨著 Internet 的飛速發(fā)展,Web GIS 的發(fā)展更加廣闊,它改變了 GIS 數(shù)據(jù)及應(yīng)用的訪問(wèn)和傳輸方式,使 GIS 真正變成了大眾使用的工具。

數(shù)字地球 ( DE) 是對(duì)真實(shí)地球及其相關(guān)現(xiàn)象統(tǒng)一性的數(shù)字化重現(xiàn)和認(rèn)識(shí),其核心思想是用數(shù)字化手段統(tǒng)一處理地球問(wèn)題和最大限度地利用信息資源。數(shù)字地球是 GIS 的延伸,建立數(shù)字地球的核心技術(shù)包括 GIS 與數(shù)據(jù)庫(kù)、遙感、遙測(cè)、信息技術(shù)等。遙感、遙測(cè)技術(shù)用來(lái)完成數(shù)據(jù)采集、處理和識(shí)別,GIS 和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)用于完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、檢索、集成、融合、綜合和分析,從而完成數(shù)字地球的核心功能,光纜、衛(wèi)星通信技術(shù)以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)則完成海量空間數(shù)據(jù)的傳輸任務(wù)。

網(wǎng)頁(yè)題目:gis技術(shù)的使用日漸成熟 舉例說(shuō)明gis技術(shù)是如何應(yīng)用的?
轉(zhuǎn)載來(lái)于:http://muchs.cn/article14/dohoide.html

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